十分钟教会你MIPS编程入门

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所属分类:安全开发

十分钟教会你MIPS编程入门

本文从四个方面来介绍MIPS架构及其汇编:

1. 寄存器种类

2. 算术及寻址指令

3. 程序结构

4. 系统调用


需要使用的工具是:Mars4.4

下载地址:

http://courses.missouristate.edu/KenVollmar/mars/download.htm


1 数据类型


1. 所有MIPS指令都是32位长

2. 1字节 = 8位,半字长 = 2个字节,1字长 = 4个字节

3. 一个字符空间 = 1个字节

4. 一个整型 = 一个字长 = 4个字节

5. 单个字符用单引号,例如:'b'

6. 字符串用双引号,例如:"A string"


2 寄存器


1. MIPS下一共有32个通用寄存器

2. 在汇编中,寄存器标志由$符开头

3. 寄存器表示可以有两种方式

    直接使用该寄存器对应的编号,例如:从$0到$31

    使用对应的寄存器名称,例如:$t1,$sp(详细名称见下表)

4. Lo和Hi寄存器专门用来存储乘法和除法的结果

    对于以上两者,不存在直接寻址;必须要通过特殊指令mfhi ("move from Hi") 和 mflo ("move from Lo")来访问内容

5. 栈的走向是高地址到低地址

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3 程序结构


1. 本质其实就是数据声明 + 普通文本 + 程序编码(文件扩展名为 .s或者 .asm都可以)

2. 数据声明在代码段之后(其实在之前也没啥问题,也更符合高级程序的设计习惯)


数据声明:

1. 数据段以.data为开始标志

2. 声明变量后,即在主存中分配空间

代码:

1. 代码段以 .text为开始的标志

2. 其实就是各项指令操作

3. 程序入口为main:标志(这个都一样)

4. 程序结束标志

注释:

1. 是注释符

2. MIPS程序的基本模版如下:

# Comment giving name of program and description of function# 说明下程序的目的和作用(其实和高级语言都差不多了)# Template.s# Bare-bones outline of MIPS assembly language program
.data # variable declarations follow this line # 数据变量声明 # ...
.text # instructions follow this line # 代码段部分
main: # indicates start of code (first instruction to execute) # 主程序 # ...
# End of program, leave a blank line afterwards to make SPIM happy# 必须多给你一行,你才欢?


4 数据声明


声明的格式:

name:    storage_type     value(s)

通常给变量赋一个初始值;对于.space,需要指明需要多少大小空间(bytes)

意:name后面始终要跟着冒号

examplevar1:        .word       3  # create a single integer variable with initial value 3# 声明一个 word 类型的变量 var1, 同时给其赋值为 3
array1: .byte 'a','b'# create a 2-element character array with elements initialized# to a and b# 声明一个存储2个字符的数组 array1,并赋值 'a', 'b'
array2: .space 40 # allocate 40 consecutive bytes, with storage uninitialized# could be used as a 40-element character array, or a# 10-element integer array; a comment should indicate which! # 为变量 array2 分配 40字节(bytes)未使用的连续空间,当然,对于这个变量# 到底要存放什么类型的值, 最好事先声明注释下!


5 加载保存【读取写入】


1. 如果要访问内存,不好意思,你只能用 load 或者 store 指令

2. 其他的只能都一律是寄存器操作

load:        lw  register_destination, RAM_source        # copy word (4 bytes) at source RAM location to destination register.        # 从内存中 复制 RAM_source 的内容到 对应的寄存器中(lw中的'w'意为'word',即该数据大小为4个字节)        lb  register_destination, RAM_source        # copy byte at source RAM location to low-order byte of destination register,and sign-extend to higher-order bytes        # 同上, lb 意为 load byte
store word: sw register_source, RAM_destination # store word in source register into RAM destination # 将指定寄存器中的数据 写入到指定的内存中 sb register_source, RAM_destination # store byte (low-order) in source register into RAM destination
load immediate: li register_destination, value # load immediate value into destination register

举例

  .data        var1:  .word  23    # declare storage for var1; initial value is 23
.text __start: lw $t0, var1 # load contents of RAM location into register $t0: $t0 = var1 li $t1, 5 # $t1 = 5 ("load immediate") sw $t1, var1 # store contents of register $t1 into RAM: var1 = $t1 done

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6 立即与间接寻址

load address:    la  $t0, var1    # 将var1的RAM地址复制到寄存器$t0中indirect addressing:    lw  $t2, ($t0)    #将$t0中包含的RAM地址的值加载到$t2中    sw  $t2, ($t0)    # 将寄存器$ t2中的值存储到$ t0中包含的地址的RAM中based or indexed addressing:    lw  $t2, 4($t0)    # 将RAM地址($t0+4)的值存到$t2寄存器    sw  $t2, -12($t0)    # 将$t2寄存器的值存到地址($t0-12)中

不必多说,要用到偏移量的寻址,基本上使用最多的场景无非两种:数组,栈。

    .data        array1:    .space  12    #  declare 12 bytes of storage to hold array of 3 integers    #  定义一个 12字节 长度的数组 array1, 容纳 3个整型    .text        __start:            la  $t0, array1              #  load base address of array into register $t0          #  让 $t0 = 数组首地址          li  $t1, 5              #  $t1 = 5   ("load immediate")          sw $t1, ($t0)              #  first array element set to 5; indirect addressing          # 对于 数组第一个元素赋值 array[0] = $1 = 5          li $t1, 13              #   $t1 = 13          sw $t1, 4($t0)              #  second array element set to 13          # 对于 数组第二个元素赋值 array[1] = $1 = 13           # (该数组中每个元素地址相距长度就是自身数据类型长度,即4字节, 所以对于array+4就是array[1])          li $t1, -7              #   $t1 = -7          sw $t1, 8($t0)              #  third array element set to -7          # 同上, array+8 = (address[array[0])+4)+ 4 = address(array[1]) + 4 = address(array[2])


7 算术指令集


1. 最多3个操作数

2. 在这里,操作数只能是寄存器,绝对不允许出现地址

3. 所有的指令统一是32位 = 4 * 8 bit = 4 bytes = 1 word

    add  $t0,$t1,$t2      #  $t0 = $t1 + $t2;   add as signed (2's complement) integers    sub  $t2,$t3,$t4      #  $t2 = $t3, $t4    addi  $t2,$t3, 5      # $t2 = $t3 + 5;   "add immediate" (no sub immediate)    addu  $t1,$t6,$t7      # $t1 = $t6 + $t7;   add as unsigned integers    subu  $t1,$t6,$t7      # $t1 = $t6 + $t7;   subtract as unsigned integers    mult  $t3,$t4        # multiply 32-bit quantities in $t3 and $t4, and store 64-bit    # result in special registers Lo and Hi:  (Hi,Lo) = $t3 * $t4    div  $t5,$t6        # Lo = $t5 / $t6   (integer quotient)    # Hi = $t5 mod $t6   (remainder)    mfhi  $t0        # move quantity in special register Hi to $t0:   $t0 = Hi    mflo  $t1        # move quantity in special register Lo to $t1:   $t1 = Lo    # used to get at result of product or quotient    move  $t2,$t3  #  $t2 = $t3

8 控制流


branches分支(if else系列)

指令内置了分支条件的比较:

b  target    #  unconditional branch to program label targetbeq  $t0,$t1,target  #  branch to target if  $t0 = $t1blt  $t0,$t1,target  #  branch to target if  $t0 < $t1ble  $t0,$t1,target  #  branch to target if  $t0 <= $t1bgt  $t0,$t1,target  #  branch to target if  $t0 > $t1bge  $t0,$t1,target  #  branch to target if  $t0 >= $t1bne  $t0,$t1,target  #  branch to target if  $t0 <> $t1

Jumps跳转(while,for,goto系列)

j  target  #  unconditional jump to program label target           # 看到就跳转,不用考虑任何条件  jr  $t3    # jump to address contained in $t3 ("jump register")           # 类似相对寻址,跳到该寄存器给出的地址处

子程序调用 subroutine return: "jump register" instruction

jr  $ra  #  "jump register"


跳转到寄存器$ra中保存的返回地址(由jal指令存储)


如果说调用的子程序中有调用了其他子程序,如此往复, 则返回地址的标记就用栈(stack)来存储, 毕竟 $ra 只有一个,(哥哥我分身乏术啊)


9 系统调用和输入/输出


1. 通过系统调用实现终端的输入输出,以及声明程序结束

2. 学会使用 syscall

3. 参数所使用的寄存器:$v0, $a0,  $a1

4. 返回值使用:$v0

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大概意思是要打印的字符串应该有一个终止符,估计类似C中的'', 在这里我们只要声明字符串为 .asciiz 类型即可。下面给个我用Mars4.4的提示:

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1. 对于读取整型, 浮点型,双精度的数据操作, 系统会读取一整行,(也就是说以换行符为标志 'n')

2. read_stringfgets类似


举例 打印一个存储在寄存器$2里的整型:

Print out integer value contained in register $t2
li  $v0, 1      # load appropriate system call code into register $v0;                   # 声明需要调用的操作代码为 1 (print_int) 并赋值给 $v0 # code for printing integer is 1move $a0, $t2 # move integer to be printed into $a0: $a0 = $t2 # 将要打印的整型赋值给 $a0syscall         # call operating system to perform operation

例 读取一个数,并且存储到内存中的 int_value 变量中:

Read integer value, store in RAM location with label int_value (presumably declared in data section)li  $v0, 5           # load appropriate system call code into register $v0;                     # code for reading integer is 5syscall              # call operating system to perform operationsw  $v0, int_value   # value read from keyboard returned in register $v0;                     # store this in desired location

举例 打印一个字符串(这是完整的,其实上面栗子都可以直接替换main: 部分,都能直接运行

    .datastring1    .asciiz  "Print this.n"# declaration for string variable, # .asciiz directive makes string null terminated
.text main: li $v0, 4 # load appropriate system call code into register $v0;# code for printing string is 4 la $a0, string1# load address of string to be printed into $a0 syscall # call operating system to perform print operation

举例 执行到这里,程序结束,立马走人,管他后边洪水滔天~~

li  $v0, 10      # system call code for exit = 10syscall           # call operating sys


参考引用:

本文属于转载非原创,略有修改: https://www.cnblogs.com/thoupin/p/4018455.html这篇文章的英文原版地址在这里: https://minnie.tuhs.org/CompArch/Resources/mips_quick_tutorial.html

本文始发于微信公众号(物联网IOT安全):十分钟教会你MIPS编程入门

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